Category: космос

Category was added automatically. Read all entries about "космос".

Ценитель

Рассказки об Италии. Часть 7. «Астрономические наблюдения» в пинакотеке Ватикана

В 1711 году Папе Клименту XI была подарена серия картин Donato Creti  «Osservazioni astronomiche». На семи картинах изображены наблюдения семи  небесных объектов, относимых категории «планет» (в смысле πλάνης), и на  восьмой — наблюдение кометы.



Это первая из восьми картин. На ней художник изобразил наблюдение Солнца.
Кавалер в золотом камзоле и синем плаще демонстрирует своей рыжеволосой подруге (я думаю, что цвет волос был выбран художником неслучайно) изображение Солнца, которое строит телескоп-рефрактор на экране. Их спутник, сидящий на земле, проводит визуальные наблюдения, определяя высоту солнца над горизонтом, для чего использует в качестве репера пальцы вытянутой руки.
В картине есть небольшая неточность. При указанной проекции прямые солнечные лучи будут тоже попадать на экран, ухудшая качество изображения. Обычно на трубу телескопа надевали непрозрачную ширму, затеняющую экран.
Солнечный диск на небе изображен не в масштабе, как и все прочие планеты на остальных картинах этой серии.



Collapse )
Мусоргский

Черенковское излучение в вакууме

Ничто не может двигаться со скоростью большей, чем скорость света в вакууме...
Это ошибка.
Со сверхсветовой скоростью может двигаться световой зайчик по далёкому экрану (т.н. «эффект маяка»), но никакой массивный объект всё же не может двигаться со сверхсветовой скоростью...
И это тоже ошибка.
Очень интересный анализ случаев реальных сверхсветовых движений даётся в статье Б. М. Болотовского и В. Л. Гинзбурга «Эффект Вавилова — Черенкова и эффект Допплера при движении источников со скоростью больше скорости света в вакууме», опубликованной в журнале «Успехи физических наук», том 106, выпуск 4. Апрель 1972 г.

Раздел 3. ИЗЛУЧЕНИЕ СВЕРХСВЕТОВЫХ ИСТОЧНИКОВ
«...Существование сверхсветовых скоростей и сверхсветовых источников... как уже отмечалось, давно и хорошо известно. В тени оставался лишь тот факт, что такие источники в рамках макроскопической теории и всего макроскопического подхода «ничем не хуже» досветовых источников.
Рассмотрим заряженную нить, падающую со скоростью u под углом ψ к границе некоторой прозрачной среды...»
В принципе, для реального эксперимента это может быть не сплошная нить, а, скажем, цепь электронов, движущихся широким фронтом с одинаковыми скоростями под углом к поверхности.


«...После пересечения границы заряды тормозятся, в силу чего появляется некоторый ток (поляризация), бегущий со скоростью v = u/sin(ψ), отвечающей скорости перемещения сечения нити границей среды. В результате по поверхности среды бежит со скоростью v некоторый заряд q».

Далее на нескольких страницах Гинзбург показывает, что «... рассмотренное излучение заряженной нити, падающей на экран, представляет собой именно эффект Вавилова — Черенкова при v > c, и к том же ещё и в вакууме!»

Существенно здесь то, что по границе раздела сред бежит со сверхсветовой скоростью совершенно реальный электрический заряд, который обладает совершенно реальной плотностью энергии, а следовательно, и массой. Почему этот результат никоим образом не противоречит теории относительности, читайте в вышеупомянутой статье: https://ufn.ru/ufn72/ufn72_4/Russian/r724a.pdf#page=8.

Ещё более подробный разбор можно найти в главе 9 монографии В. Л. Гинзбурга «Теоретическая физика и астрофизика. Дополнительные главы». См.: http://lib.brsu.by/sites/default/files/books/Гинзбург%20В.Л.%20-%20Теоретическая%20физика%20и%20астрофизика.%20Дополнительные%20главы.pdf
Ценитель

Один раз не считается

В понедельник в Пулковской обсерватории на докладе о влиянии солнечной активности на электросети в очередной раз услышал страшную историю о канадском блэкауте 1989 года и полез-таки разбираться, что и как там в действительности произошло. Дело в том, что даже самая сильная магнитная буря характеризуется колебаниями магнитного поля Земли с амплитудой не более 500 нанотесла с периодом порядка 1000 секунд. Прикинем, как такая буря может повлиять на работоспособность высоковольтной электрический линии. Канадский блэкаут начался с выхода из строя силового трансформатора, подключенного к участку линии напряжением 735 кВ и длиной 150 км. Высота опор этой линии — 30 м.
Оценим ЭДС индукции, наведённую в этой линии магнитной бурей.
Площадь контура, ограничиваемого линией и землёй, составляет S=150000×30=4500000 м².
Амплитуда магнитного потока Ф=B×S=500∙10⁻⁹×4500000=2.25 Вб. Наведенное в линии электрическое поле: E=Ф/t = 0.0025 В/м. На всю длину линии это будет E×L = 337.5 В.
Казалось бы: что такое какие-то триста вольт для линии напряжением 735 киловольт?! Однако тут следует обратить внимание на то, что это напряжение имеет период порядка 1000 секунд, то есть для энергетического оборудования это практически постоянный ток. Суммарное сечение алюминиевых проводов линии составляет 750 мм²; удельное сопротивление алюминия: 0.0262 Ом∙мм²/м. Тогда погонное сопротивление будет 0.000035 Ом/м или 0.035 Ом/км, то есть общее сопротивление на длине 150 км составит 5.25 Ом. При наведенной ЭДС 337.5 вольт это приводит к появлению в линии постоянного тока силой 64 ампера. Иногда, очень редко, при очень сильных магнитных бурях период колебаний магнитного поля Земли может сокращаться до 100 секунд, что приведёт к пиковому значению постоянной составляющей в линии 640 ампер. А силовые трансформаторы не были рассчитаны на присутствие постоянной составляющей тока — это привело возрастанию активных потерь и перегреву.
Это была последняя и по большому счёту единственная в истории крупная авария, вызванная возмущением магнитного поля Земли.
Современное коммутирующее оборудование, как уверяют на сайтах крупных производителей энергетического оборудования, проектируется с защитой от возникающего в линии постоянного тока, и магнитные бури больше не оказывают на них сколько-нибудь заметного воздействия.
Эврика

Нобелевка по физике и успешный дебют Virgo

Нобелевская премия по физике за 2017 год присуждена «отцам-основателям» проекта LIGO

Во вторник лаборатория LIGO в составе LIGO-Хэнфорд, LIGO-Ливингстон, Калифорнийского технологического института и Массачусетского технологического института объявила на своём сайте о том, что три выдающихся сотрудника LIGO — Барри Бариш, Кип Торн (Калтех) и Райнер Вайс (MIT) — были удостоены Нобелевской премии по физике за 2017 год.

Знаменательно, что неделей ранее, 27 сентября 2017 года, LIGO и Virgo сообщили о первом совместном обнаружении гравитационного излучения. Это стало четвертым зарегистрированным событием слияния двух черных дыр и первым, зарегистрированным совместно с детектором Virgo.

Событие было зарегистрировано 14 августа 2017 года в 10:30:43 по всемирному времени.

Два лазерных интерферометра гравитационно-волновой обсерватории LIGO (детекторы, расположенные в Ливингстоне и Хэнфорде) и детектор Virgo, расположенный вблизи Пизы, зарегистрировали гравитационно-волновой сигнал от слияния двух черных дыр звездных масс.

Событию был присвоен идентификатор GW170814, отчет о событии направлен в Physical Review Letters.

Обнаруженные гравитационные волны были излучены на финальной стадии слияния двух черных дыр с массами примерно 31 и 25 масс Солнца, расположенных примерно в 1,8 миллиарда световых лет от Земли. Образовавшаяся черная дыра имеет массу около 53 масс Солнца, что означает, что около 3 солнечных масс были преобразованы в энергию гравитационных волн.

Область небесной сферы, в которой произошло событие GW170814, определена с точностью до 60 квадратных градусов, что в 10 раз лучше, чем прежние определения местоположения, произведенные при помощи только двух интерферометров LIGO.


Статья с сообщением о событии GW170814https://dcc.ligo.org/public/0145/P170814/010/GW170814.pdf

Мефистофель

Где все?

Эта моя статья была опубликована в номере 5 журнала «Если» за 2015 год.
С разрешения редакции журнала привожу здесь её полный текст.

Представьте себе племя дикарей, живущее на острове в Тихом океане. Они предполагают, что на других островах тоже должны жить люди, но острова далеко, на примитивных пирогах до них не доплыть. Проходят годы, мореходные качества пирог совершенствуются, и дикарям удается добраться до ближайших атоллов, которые оказываются необитаемыми и непригодными для жизни из-за отсутствия пресной воды. В конце концов они приходят к выводу, что далекие острова на горизонте также необитаемы, потому что над ними никогда не поднимаются дымы от костров. «К тому же, если бы на других островах жили люди, — рассуждают дикари, — то рано или поздно кто-то из них посетил бы и наш остров».

Похожим образом рассуждаем сегодня и мы, пытаясь ответить на вопрос, который задал 65 лет назад Энрико Ферми в форме своего знаменитого парадокса: «Если возникновение жизни и разума во Вселенной — закономерность, то где все

Collapse )
Убитый Архимед

Снова о Перельмане

Продолжаю находить грубейшие фактически ошибки в книгах Я. И. Перельмана. Так, в книге «Занимательная астрономия» в главе «Исчезновение колец Сатурна» автор пишет:

«Кольца Сатурна очень тонки; толщина их измеряется двумя-тремя десятками километров... Поэтому, когда кольца становятся к Солнцу ребром, их верхние и нижние поверхности не освещаются, — и кольца делаются невидимыми. Невидимы они также тогда, когда становятся ребром к земному наблюдателю».

И далее в главе «Чужие небеса»:

«Надо помнить, что освещена всегда только одна сторона колец, другая остаётся в тени. Эта освещенная часть видна лишь с той половины Сатурна, к которой она обращена. В течение половины долгого сатурнового года можно видеть кольца только с одной половины планеты...»

Яков Исидорович безусловно знает, что кольца Сатурна состоят из большого количества каменных и пылевых частиц, тем не менее он описывает ситуацию так, как будто кольца представляют собой сплошные непрозрачные диски.

Очевидно, что не только освещённые Солнцем с ребра, но и освещённые с противоположной стороны, кольца будут прекрасно видны подобно тому, как мы видим Венеру в эпохи близкие к нижнему соединению. Каждый объект, составляющий кольца Сатурна, будет выглядеть миниатюрным узким серпом, и кольца в целом будут видны не такими яркими, как при прямом освещении Солнцем, но тем не менее никуда не пропадут.

Эврика

Физик vs. математик

Недавно я наблюдал, как студенты подходят к решению одной простой задачи, предлагаемой в курсе астрофизики. Требуется оценить время коллапса межзвездного пылевого облака массы M и радиуса R в предположении, что облако достаточно разреженное, момент количества движения равен нулю, и коллапс происходит только под действием самогравитации и сферически симметрично.
Оказывается, студенты-физики и студенты-математики совершенно по-разному подходят к решению.

Как решает эту задачу математик?
Он берет пробную частицу на внешней границе облака и, используя факт сферической симметрии, пишет уравнение её движения:
Где M — масса облака. Затем он принимается решать получившееся уравнение.
Пусть первоначальный радиус облака — R. Из условия V(R) = 0 следует, что: C1 = –C0/R.
Теперь уравнение приобретает следующий вид:
Время падения пробной частицы можно выразить интегралом:
Теперь сделаем подстановку:
Тогда:

Что делает физик?
Он тоже обращает внимание на сферическую симметрию задачи и понимает, что она эквивалентна задаче вычисления времени падения пробной частицы на точечную массу. «Ага! — говорит он. — А ведь это ни что иное, как классическая задача двух тел!» После этого физик вспоминает третий закон Кеплера, из которого следует, что орбитальные периоды двух тел равны, если равны большие полуоси их орбит. А что такое падение тела на точечную массу, как не вырожденная кеплеровская орбита с эксцентриситетом 1?
Тогда время падения будет равно половине орбитального периода. А орбитальный период у такого тела будет таким же, как орбитальный период тела, находящегося на круговой орбите половинного радиуса. Ему остается вычислить этот орбитальный период:
Время падения равно половине периода, откуда:
Эврика

Все на наблюдение прохождения Меркурия по диску Солнца 9 мая 2016 года!

9 мая в обеих Америках, Африке, Европе и большей части Азии (за исключением районов Восточной Сибири и Дальнего Востока) можно будет наблюдать прохождение Меркурия по диску Солнца. В отличие от прохождений Венеры, прохождения Меркурия происходят относительно часто: 13-14 раз в столетие. Предыдущее прохождение было в 2006 году, следующее будет в 2019. Нынешнее прохождение начнётся около 14 часов МСК и закончится около половины десятого вечера.
Collapse )
Думаю

Вся общая теория относительности в двух картинках

Пишу популярную статью про гравитационные волны и рисую к ней наглядные картинки. Задался вопросом: как наиболее просто и понятно представить искривление пространства-времени (возможно, в ущерб строгости).

FallingAppleИз популярной литературы и «правильной» научной фантастики многие, возможно, помнят, что в гравитационном поле с пространством-временем происходят две вещи: время в гравитационном поле замедляется, а вертикальное расстояние сокращается. Чтобы наглядно представить себе этот процесс, возьмём прямоугольную декартову сетку координат, в которой по горизонтали отложено время, а по вертикали высота и начнём её искривлять. Сначала сократим расстояние, то есть сделаем масштаб по вертикали неравномерным. Сетка после этого всё еще будет прямоугольной. После этого останется учесть замедление времени — для этого нам придётся изогнуть сетку, так чтобы масштаб оси времени внизу отличался от масштаба времени наверху.

Итоговый результат должен быть таким, чтобы траектория падающего тела, нарисованная в искривлённом пространстве-времени, стала прямой линией, как того требует принцип эквивалентности.

Конечно же, представленная здесь картинка нарисована не в масштабе, в реальности кривизна пространства-времени гораздо меньше, потому что для соблюдения масштаба по осям необходимо либо разделить расстояния на скорость света, либо умножить время на скорость света.

При этом картинка либо сожмётся в 10 миллионов раз по вертикальной оси, либо растянется в 10 миллионов раз по горизонтальной.

Вот такая идея. Насколько такое объяснение понятно? Приглашаю задавать глупые вопросы и давать умные советы.

Убитый Архимед

Что же мы на самом деле знаем?

Открыв книгу Я. И. Перельмана «Занимательная астрономия», читаем на странице 82:
«Мог ли бы лунный наблюдатель различать на земном диске очертания материков и океанов? Распространено ошибочное мнение, будто Земля в небе Луны представляет нечто похожее на школьный глобус. Так её и изображают художники, когда им приходится рисовать земной шар в мировом пространстве: с контурами материков, со снежной шапкой в полярных областях и т. п. подробностями. Всё это надо отнести к области фантазии. На земном шаре при наблюдении извне нельзя различить таких деталей. Не говоря уже об облаках, обычно застилающих половину земной поверхности, сама атмосфера сильно рассеивает солнечные лучи; поэтому Земля должна казаться столь же яркой и столь же непроницаемой для взора, как и Венера. Исследовавший этот вопрос пулковский астроном Г. А. Тихов пишет:
Смотря на Землю из пространства, мы увидели бы диск цвета сильно белесоватого неба и едва различили бы какие-либо подробности самой поверхности. Громадная часть падающего на Землю солнечного цвета успевает рассеяться в пространстве атмосферой и всеми её примесями раньше, чем дойдёт до поверхности самой Земли. А то, что отражается самою поверхностью, успеет опять-таки сильно ослабеть вследствие нового рассеяния в атмосфере”.
Итак, в то время как Луна отчётливо показывает нам все подробности своей поверхности, Земля скрывает своё лицо от Луны, да и от всей вселенной под сияющим покрывалом атмосферы
».

На мой взгляд, это очень показательный отрывок, демонстрирующий, насколько сильно могут отличаться наши теоретические представления от реальной картины:



Перельман не был ни профессиональным астрономом, ни специалистом в области поглощения и рассеяния света атмосферой, но для Тихова подобные рассуждения выглядят в высшей степени странно. Трудно предположить, что Тихов ни разу не видел Луну на ярком дневном небе и не обращал внимание на то, что несмотря на рассеянный земной атмосферой солнечный свет, все детали лунной поверхности прекрасно видны и днём. Да, можно возразить, что свет, отраженный от Луны, проходит земную атмосферу только один раз, и паразитная засветка и поглощение света будут вдвое меньше, чем при наблюдении земной поверхности из космоса, но ведь, когда Луна находится невысоко над горизонтом, свет от нее проходит вдвое, а то и втрое большую толщу воздуха, чем, когда Луна находится в зените, и детали лунного ландшафта тем не менее прекрасно видны. Более того, они видны и сквозь легкую облачность. Практически всегда, когда видна сама Луна, видны и детали ее ландшафта.
В связи с этим возникает еще одна проблема. Современная программа исследования экзопланет предполагает запуск космического телескопа «Уэбб» с диаметром зеркала 6,5 метров, одной из задач которого будет получение спектров атмосфер экзопланет земной группы, находящихся в зоне обитаемости с целью нахождения в них так называемых биосигнатур — спектральных линий молекул газов, имеющих, как принято сегодня считать, биогенное происхождение. Наиболее важной биосигнатурой считается одновременное присутствие в атмосфере свободного метана и свободного кислорода.

Было бы интересно предложить экзопланетчикам в качестве тестового задания спектр атмосферы Венеры и спросить, что они по этому спектру и по известным данным о светимости Солнца, массы Венеры, радиусу ее орбиты смогут сказать относительно физических и биологических условий на поверхности этой планеты. Разумеется, не раскрывая, что эти данные относятся к Венере. Почему-то мне кажется, что их выводы окажутся не более правдоподобными, чем выводы астрономов, делавшиеся до посещения Венеры автоматическими межпланетными станциями.

А в связи с этим встает важный вопрос: а насколько вообще мы можем доверять выводам относительно физических условий на других планетах, сделанным по косвенным оптическим и спектроскопическим данным?